(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主としてニッケルによって構成されたニッケル層と、
主として、前記ニッケル層に由来するニッケルが酸化した酸化ニッケルによって構成されると共に、前記ニッケル層上に隣接して配置された酸化ニッケル層と、
前記酸化ニッケル層上に隣接して配置されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に隣接して配置された第１電極層とを備え、
前記酸化ニッケル層の厚みは０．０１μｍ〜０．５μｍであることを特徴とする薄膜バリスタ。
【請求項２】
前記ニッケル層の厚みは１０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載された薄膜バリスタ。
【請求項３】
前記ｎ型半導体層は、主として酸化亜鉛によって構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された薄膜バリスタ。
【請求項４】
前記ｎ型半導体層と隣接すると共に前記第１電極層とは離間して前記ｎ型半導体層上に配置された第２電極層を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載された薄膜バリスタ。
【請求項５】
主としてニッケルによって構成されたニッケル層を形成する第１工程と、
前記ニッケル層の表面を酸化させることにより、主として、前記ニッケル層に由来するニッケルが酸化した酸化ニッケルによって構成された酸化ニッケル層を前記ニッケル層上に０．０１μｍ〜０．５μｍの厚みで形成する第２工程と、
前記酸化ニッケル層上にｎ型半導体層を形成する第３工程と、
前記ｎ型半導体層上に第１電極層を形成する第４工程とを備えることを特徴とする薄膜バリスタの製造方法。
【請求項６】
前記第１工程では、１０μｍ〜１００μｍの厚みで前記ニッケル層を形成することを特徴とする請求項５に記載された薄膜バリスタの製造方法。
【請求項７】
前記第２工程では、前記ニッケル層の表面を大気中で熱酸化することにより前記酸化ニッケル層を前記ニッケル層上に形成することを特徴とする請求項５又は６に記載の薄膜バリスタの製造方法。
【請求項８】
前記第２工程では、前記ニッケル層の表面うち前記第１電極層とは別の電極層を形成する予定の領域を貴金属によって被覆した状態で酸化させることで、前記ニッケル層の表面うち当該領域以外に前記酸化ニッケル層を形成し、
当該領域上に前記別の電極層を形成する第５の工程を更に備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の薄膜バリスタの製造方法。
【請求項９】
前記ｎ型半導体層は、主として酸化亜鉛によって構成されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載された薄膜バリスタの製造方法。
【請求項１０】
前記ｎ型半導体層上に、前記第１電極層とは離間するように第２電極層を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載された薄膜バリスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜バリスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金（Ａｕ）によって構成された電極層と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）によって構成された酸化亜鉛層と、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）によって構成された酸化ビスマス層と、金（Ａｕ）によって構成された電極層とがこの順に基板（アルミナ基板やガラス基板等）上に成膜された薄膜バリスタが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この薄膜バリスタにおいては、酸化亜鉛層と酸化ビスマス層との界面における特定のエネルギー障壁（ショットキー障壁）によってバリスタ特性が発現するものと考えられている。
【特許文献１】特公昭６２−０５３９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載されたような従来の薄膜バリスタでは、スパッタリング法を用いて、酸化亜鉛層上に酸化ビスマス層を０．０５μｍ〜０．５μｍ程度形成していた。ここで、酸化亜鉛層の表面は、完全に平坦ではなく、微妙に波打った状態となっている。そのため、スパッタリング法のような、ターゲット物質を基板表面上に蒸着させる方法を用いて酸化亜鉛層上に酸化ビスマス層を形成すると、酸化亜鉛層と酸化ビスマス層との界面に生じるエネルギー障壁が均一とならないことがあった。すなわち、酸化亜鉛層と酸化ビスマス層との界面において、所望のエネルギー障壁が得られる部分と、エネルギー障壁が所望のエネルギー障壁よりも低くなってしまう部分（不完全部）とが存在してしまうことがあった。
【０００４】
このとき、酸化亜鉛層と酸化ビスマス層との界面における不完全部には、特に電流が流れやすくなる。そのため、薄膜バリスタのサージ耐量が低下してしまい、これに伴い、酸化亜鉛層と酸化ビスマス層との界面における不完全部にサージ電流が局所的に集中して流れ、薄膜バリスタの特性劣化や破壊を招く虞があるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、サージ耐量の向上を図ることにより特性劣化や破壊を防止することが可能な薄膜バリスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る薄膜バリスタは、主としてニッケルによって構成されたニッケル層と、主として、ニッケル層に由来するニッケルが酸化した酸化ニッケルによって構成されると共に、ニッケル層上に隣接して配置された酸化ニッケル層と、酸化ニッケル層上に隣接して配置されたｎ型半導体層と、ｎ型半導体層上に隣接して配置された第１電極層とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る薄膜バリスタでは、酸化ニッケル層が、ニッケル層に由来するニッケルが酸化して構成されている。そのため、スパッタリング法等によってターゲット物質を基板表面上に蒸着させていた従来の薄膜バリスタとは異なり、酸化ニッケル層の厚みが略均一となり、酸化ニッケル層と該酸化ニッケル層上に隣接して配置されるｎ型半導体層との界面において均一なエネルギー障壁が得られるようになる。その結果、サージ電流が局所的に集中して流れることがほとんどなくなるので、サージ耐量の向上が図れ、特性劣化や破壊を防止することが可能なる。また、ニッケル層に由来するニッケルを酸化させることで酸化ニッケル層を簡便に形成できるので、薄膜バリスタの生産効率の向上を図ることでき、且つ、薄膜バリスタを簡便に得ることができる。
【０００８】
好ましくは、ｎ型半導体層は、主として酸化亜鉛によって構成されている。このように、ｎ型半導体層として酸化亜鉛を選択することで、ブレークダウン電圧（立ち上がり電圧）を超えてからの立ち上がりに優れた薄膜バリスタを得ることが可能となる。
【０００９】
好ましくは、ｎ型半導体層と隣接すると共に第１電極層とは離間してｎ型半導体層上に配置された第２電極層を更に備える。このようにすると、電流が第１電極層、ｎ型半導体層、酸化ニッケル層、ニッケル層、酸化ニッケル層、ｎ型半導体層、第２電極層の順に流れた場合と、電流がこの逆の順に流れた場合とで、電流−電圧特性が対称な薄膜バリスタを得ることが可能となる。
【００１０】
一方、本発明に係る薄膜バリスタの製造方法は、主としてニッケルによって構成されたニッケル層を形成する工程と、ニッケル層の表面を酸化させることにより、主として、ニッケル層に由来するニッケルが酸化した酸化ニッケルによって構成された酸化ニッケル層をニッケル層上に形成する工程と、酸化ニッケル層上にｎ型半導体層を形成する工程と、ｎ型半導体層上に第１電極層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る薄膜バリスタの製造方法では、ニッケル層の表面を酸化させることにより、主として、ニッケル層に由来するニッケルが酸化した酸化ニッケルによって構成された酸化ニッケル層をニッケル層上に形成している。そのため、スパッタリング法等によってターゲット物質を基板表面上に蒸着させていた従来の薄膜バリスタの製造方法とは異なり、酸化ニッケル層の厚みを略均一とすることができ、酸化ニッケル層と該酸化ニッケル層上に隣接して配置されるｎ型半導体層との界面において均一なエネルギー障壁が得られるようになる。その結果、サージ電流が局所的に集中して流れることがほとんどなくなるので、サージ耐量の向上が図れ、特性劣化や破壊を防止することが可能なる。また、ニッケル層に由来するニッケルを酸化させることで酸化ニッケル層を簡便に形成できるので、薄膜バリスタの生産効率の向上を図ることでき、且つ、薄膜バリスタを簡便に得ることができる。
【００１２】
好ましくは、ｎ型半導体層は、主として酸化亜鉛によって構成されている。このように、ｎ型半導体層として酸化亜鉛を選択することで、ブレークダウン電圧（立ち上がり電圧）を超えてからの立ち上がりに優れた薄膜バリスタを得ることが可能となる。
【００１３】
好ましくは、ｎ型半導体層上に、第１電極層とは離間するように第２電極層を形成する工程を更に備える。このようにすると、電流が第１電極層、ｎ型半導体層、酸化ニッケル層、ニッケル層、酸化ニッケル層、ｎ型半導体層、第２電極層の順に流れた場合と、電流がこの逆の順に流れた場合とで、電流−電圧特性が対称な薄膜バリスタを得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、サージ耐量の向上を図ることにより特性劣化や破壊を防止することが可能な薄膜バリスタ及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、説明中、「上」及び「下」なる語を使用することがあるが、これは図面の上方向及び下方向に対応したものである。
【００１６】
［１］第１実施形態
［１．１］薄膜バリスタの構成
第１実施形態に係る薄膜バリスタ１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。薄膜バリスタ１は、ニッケル（Ｎｉ）層１０と、酸化ニッケル（ＮｉＯ）層１２と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）層１４と、電極層１６，１８とを備える。
【００１７】
ニッケル層１０は、主としてニッケルによって構成されている。ニッケル層１０の厚みは、例えば１０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００１８】
酸化ニッケル層１２は、主として、ニッケル層１０に由来するニッケルが酸化した酸化ニッケルによって構成されている。酸化ニッケル層１２は、ニッケル層１０の表面の大部分を覆うように、ニッケル層１０と隣接してニッケル層１０上に配置されている。酸化ニッケル層１２、第１実施形態において、ｐ型半導体として機能する。酸化ニッケル層１２の厚みは、例えば０．０１μｍ〜０．５μｍ程度である。
【００１９】
酸化亜鉛層１４は、主として酸化亜鉛によって構成されている。酸化亜鉛層１４は、酸化ニッケル層１２の一部の表面を覆うように、酸化ニッケル層１２と隣接して酸化ニッケル層１２上に配置されている。酸化亜鉛層１４は、第１実施形態において、ｎ型半導体として機能する。
【００２０】
ここで、図２に詳しく示されるように、ニッケル層１０の表面は、完全に平坦ではなく、微妙に波打った状態となっている。酸化ニッケル層１２の厚みは、全体として略均一となっている。具体的には、酸化亜鉛層１４の厚みは、例えば０．１μｍ〜１μｍ程度である。酸化ニッケル層１２の表面は、ニッケル層１０の表面と対応した形状を呈しており、微妙に波打った状態となっている。なお、酸化亜鉛層１４と酸化ニッケル層１２との界面には、ショットキー障壁Ｗが存在している。
【００２１】
図１に戻って、電極層１６，１８は、主として、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）によって構成されている。電極層１６は、酸化亜鉛層１４の一部の表面を覆うように、酸化亜鉛層１４と隣接して酸化亜鉛層１４上に配置されている。電極層１８は、ニッケル層１０の表面のうち酸化ニッケル層１２によって覆われていない部分を覆うように、ニッケル層１０と隣接してニッケル層１０上に配置されている。電極層１６，１８の厚みは、例えば０．１μｍ〜５μｍ程度である。
【００２２】
以上の構成を有する薄膜バリスタ１は、電極層１６に印加する電圧よりも電極層１８に印加する電圧を高く設定することにより、バリスタとして機能する（図３参照）。このとき、電極層１８から電極層１６へと流れる電流ＩＡ、すなわち、一般にダイオードでいう逆方向電流がショットキー障壁Ｗを通過する地点ＰＡにおいて、バリスタ特性が発現する。一方、電極層１８に印加する電圧よりも電極層１６に印加する電圧を高く設定した場合には、電圧の大きさに比例する大きさの電流ＩＢ、すなわち、一般にダイオードでいう順方向電流が電極層１６から電極層１８へと流れることとなる（図３参照）。
【００２３】
［１．２］薄膜バリスタの製造方法
続いて、図１及び図４を参照して、第１実施形態に係る薄膜バリスタ１の製造方法について説明する。
【００２４】
まず、主としてニッケルによって構成されたニッケル層１０を用意する（図４の（ａ）参照）。このニッケル層１０は、主としてニッケルによって構成された薄板を用いてもよく、ガラス基板、Ｓｉ基板、Ｃｕやステンレスといった金属基板等の基板上に蒸着法等によってニッケル層１０を形成してもよい。
【００２５】
続いて、ニッケル層１０の表面のうち電極層１８を形成する予定の領域をＰｔ等の酸化しない貴金属によって被覆した状態で、所定温度（例えば、４５０℃程度）にて所定時間（例えば、３０分程度）ニッケル層１０の表面を大気中で熱酸化する。これにより、ニッケル層１０の表面のうち露出部分において、酸化ニッケル層１２が形成される（図４の（ｂ）参照）。
【００２６】
続いて、スパッタリング法等によって、酸化ニッケル層１２の一部の表面を覆うように酸化亜鉛層１４を形成する（図４の（ｃ）参照）。その後、蒸着法（金を材料として用いる場合）やスパッタリング法（銅を材料として用いる場合）等によって、酸化亜鉛層１４の一部の表面を覆うように電極層１６を形成し、ニッケル層１０の表面のうち酸化ニッケル層１２によって覆われていない部分を覆うように、電極層１８を形成する（図１参照）。
【００２７】
［１．３］作用
以上のような第１実施形態においては、酸化ニッケル層１２が、ニッケル層１０に由来するニッケルが酸化して構成されている。そのため、スパッタリング法等によってターゲット物質を基板表面上に蒸着させていた従来の薄膜バリスタとは異なり、酸化ニッケル層１２の厚みが略均一となり、酸化ニッケル層１２と酸化ニッケル層１２上に隣接して配置される酸化亜鉛層１４との界面において均一なエネルギー障壁が得られるようになる。その結果、サージ電流が局所的に集中して流れることがほとんどなくなるので、サージ耐量の向上が図れ、特性劣化や破壊を防止することが可能なる。また、ニッケル層１０に由来するニッケルを酸化させることで酸化ニッケル層１２を簡便に形成できるので、薄膜バリスタ１の生産効率の向上を図ることでき、且つ、薄膜バリスタ１を簡便に得ることができる。
【００２８】
また、第１実施形態においては、酸化亜鉛層１４がｎ型半導体として機能している。このように、ｎ型半導体層として酸化亜鉛層１４を選択することで、ブレークダウン電圧（立ち上がり電圧）を超えてからの立ち上がりに優れた薄膜バリスタ１を得ることが可能となる。
【００２９】
［２］第２実施形態
［２．１］薄膜バリスタの構成
次に、第２実施形態に係る薄膜バリスタ２の構成について、第１実施形態に係る薄膜バリスタ１の構成との相違点を中心に、図５及び図６を参照して説明する。
【００３０】
酸化ニッケル層１２は、ニッケル層１０の表面全体を覆うように、ニッケル層１０と隣接してニッケル層１０上に配置されている。酸化亜鉛層１４は、酸化ニッケル層１２の表面全体を覆うように、酸化ニッケル層１２と隣接して酸化ニッケル層１２上に配置されている。電極層１８は、電極層１６とは離間するように、酸化亜鉛層１４と隣接して酸化亜鉛層１４上に配置されている。
【００３１】
以上の構成を有する薄膜バリスタ２は、電極層１６，１８のうち一方の電極に印加する電圧よりも他方に印加する電圧を高く設定することにより、バリスタとして機能する（図６参照）。このとき、電極層１８から電極層１６へと流れる電流ＩＡ、すなわち、一般にダイオードでいう逆方向電流がショットキー障壁Ｗを通過する地点ＰＡにおいて、バリスタ特性が発現すると共に、電極層１６から電極層１８へと流れる電流ＩＢがショットキー障壁Ｗを通過する地点ＰＢにおいて、バリスタ特性が発現する（図６参照）。
【００３２】
［２．２］薄膜バリスタの製造方法
続いて、第２実施形態に係る薄膜バリスタ２の製造方法について、第１実施形態に係る薄膜バリスタ１の製造方法との相違点を中心に、図５及び図７を参照して説明する。
【００３３】
まず、主としてニッケルによって構成されたニッケル層１０を用意する（図７の（ａ）参照）。
【００３４】
続いて、ニッケル層１０の表面全体が露出した状態で、所定温度（例えば、４５０℃程度）にて所定時間（例えば、３０分程度）ニッケル層１０の表面を大気中で熱酸化する。これにより、ニッケル層１０の表面全体において、酸化ニッケル層１２が形成される（図７の（ｂ）参照）。
【００３５】
続いて、スパッタリング法等によって、酸化ニッケル層１２の表面全体を覆うように酸化亜鉛層１４を形成する（図７の（ｃ）参照）。その後、蒸着法（金を材料として用いる場合）やスパッタリング法（銅を材料として用いる場合）等によって、互いに離間すると共に酸化亜鉛層１４の一部の表面をそれぞれ覆うように、電極層１６，１８を形成する（図５参照）。
【００３６】
［２．３］作用
以上のような第２実施形態に係る薄膜バリスタ２おいては、第１実施形態に係る薄膜バリスタ１と同様の効果を奏する。
【００３７】
また、第２実施形態においては、薄膜バリスタ２が電極層１６，１８を備えており、電極層１６，１８が互いに離間すると共に酸化亜鉛層１４の一部の表面をそれぞれ覆うように酸化亜鉛層１４上に配置されている。そのため、電流ＩＡが電極層１８、酸化亜鉛層１４、酸化ニッケル層１２、ニッケル層１０、酸化ニッケル層１２、酸化亜鉛層１４、電極層１６の順に流れた場合と、電流ＩＢがこの逆の順（電極層１６、酸化亜鉛層１４、酸化ニッケル層１２、ニッケル層１０、酸化ニッケル層１２、酸化亜鉛層１４、電極層１８の順）に流れた場合とで、電流−電圧特性が対称な薄膜バリスタを得ることが可能となる（図６参照）。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１及び第２実施形態では、ニッケル層１０の表面を熱酸化させることで酸化ニッケル層１２を形成していたが、ニッケル層１０の表面を酸化させて酸化ニッケル層１２を得る方法はこれに限られない。具体的には、ニッケル層１０の表面を酸化させて酸化ニッケル層１２を得る方法として、プラズマ酸化、陽極酸化、電解酸化、オゾン酸化、酸化剤酸化、レーザ酸化、光酸化等の方法を用いることができる。
【００３９】
また、第１及び第２実施形態では、薄膜バリスタ１，２が酸化亜鉛層１４を備えていたが、ｎ型半導体として機能するものであればこれに限られず用いることができる。具体的には、酸化亜鉛層１４の代わりに、ＳｉＣ、アモルファスＳｉ、酸化チタン、ＩＴＯ、チタン酸ストロンチウム、酸化スズ等を用いることができる。
【００４０】
また、第１実施形態では、ニッケル層１０の表面のうち電極層１８を形成する予定の領域をＰｔ等の酸化しない貴金属によって被覆した状態で熱酸化することで、ニッケル層１０の表面のうち露出部分において酸化ニッケル層１２を形成したが、これに限られない。例えば、ニッケル層１０の表面全体を酸化することで、ニッケル層１０の表面全体において酸化ニッケル層１２を形成し、その後、エッチング等により酸化ニッケル層１２の一部を除去するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、第１実施形態に係る薄膜バリスタを示す断面図である。
【図２】図２は、図１の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る薄膜バリスタの電流−電圧特性を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る薄膜バリスタの製造工程を説明するための図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る薄膜バリスタを示す断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る薄膜バリスタの電流−電圧特性を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る薄膜バリスタの製造工程を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，２…薄膜バリスタ、１０…ニッケル層、１２…酸化ニッケル層、１４…酸化亜鉛層、１６，１８…電極層。
【図１】
0005233368.tif 000002
【図２】
0005233368.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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